ثورة في صناعة البناء.. الأشجار المعدلة وراثيًا تنتج الخشب وتقلل الانبعاثات

يُحدث الخشب من الأشجار المُعدلة وراثيًا ثورة في صناعة البناء بفضل قدرته على استبدال مواد البناء التقليدية مثل الفولاذ والأسمنت والزجاج.

في حين أن الخشب المصمم يتميز بقدرته على تخزين الكربون ومقاومة التدهور، فإنه يأتي أيضًا مع التحديات، وخاصة الحاجة إلى المعالجة الكيميائية كثيفة الطاقة والتي تولد قدرًا كبيرًا من النفايات.

ومع ذلك، فقد أدى الاختراق الذي توصلت إليه جامعة ميريلاند إلى تغيير قواعد اللعبة.

كشفت مجموعة العلماء هذه مؤخرًا عن نهج مبتكر يستغل الهندسة الوراثية لإنشاء خشب هيكلي عالي الأداء دون الحاجة إلى معالجة كثيفة الطاقة أو مواد كيميائية متطايرة.

نُشرت الدراسة كاملةً في مجلة Matter .

الأشجار المعدلة وراثيًا

علم الوراثة الشجرية في هندسة الأخشاب

في تقدم كبير في مجال مواد البناء المستدامة، نجح الباحثون في تعديل جين في أشجار الحور الحية، مما مكنهم من إنتاج

خشب جاهز للهندسة دون معالجة.

وعلق ييبينج تشي، أستاذ في قسم علوم النبات وهندسة المناظر الطبيعية في جامعة ماريلاند، قائلاً: “نحن متحمسون للغاية لإظهار نهج مبتكر يجمع بين الهندسة الوراثية وهندسة الأخشاب، لحجز وتخزين الكربون بشكل مستدام في شكل خشب فائق المرونة”.

وأضاف تشي: “إن عزل الكربون أمر بالغ الأهمية في حربنا ضد تغير المناخ، وقد تجد مثل هذه الأخشاب المصنعة العديد من الاستخدامات في الاقتصاد الحيوي في المستقبل”.

الأشجار المعدلة وراثيًا

لماذا نستخدم أشجار الحور المعدلة وراثيا؟

أشجار الحور، هي أشجار عملاقة سريعة النمو تجذب الانتباه في المتنزهات والغابات، يمكن لهذه الكائنات الحية المذهلة أن تنمو عدة أقدام في غضون عام واحد، وتتميز بجذوعها الطويلة المستقيمة وأوراقها التي ترفرف برشاقة عند أدنى نسيم.

تتميز كل أصناف الأشجار المتنوعة، مثل شجر الحور الرجراج، وشجر القطن، وشجر الحور اللومباردي، بخصائص فريدة مع الحفاظ على مظهر شجر الحور الجوهري.

تتحول أوراقها، التي عادة ما تكون على شكل قلب أو بيضاوي، إلى درجات اللون الأصفر اللامع في الخريف، مما يخلق سجادة طبيعية مذهلة.

بالإضافة إلى جاذبيتها الجمالية، تلعب أشجار الحور دورًا حيويًا في النظم البيئية، حيث توفر الموائل للطيور والغذاء للغزلان وغيرها من الحيوانات البرية.

بالإضافة إلى ذلك، استغل البشر فوائدها بطرق عديدة، فخشب الحور يستخدم لأغراض مختلفة، من إنتاج الورق إلى صناعة الأثاث، وكثيراً ما يتم زراعته كحماية طبيعية فعالة من الرياح.

من الجوانب المثيرة للاهتمام في أشجار الحور قدرتها على الصمود، ففي أعقاب حرائق الغابات، تظهر هذه الأشجار قدرة مذهلة على التجدد من خلال إرسال براعم جديدة من أنظمتها الجذرية.

هذه الظاهرة تجسد قدرة الطبيعة على التعافي، وتجسد الشعور القائل بأن “لا يمكنك إبقاء شجرة جيدة على حالها”.

الأشجار المعدلة وراثيًا

هندسة الليجنين

تقليديا، قبل معالجة الخشب لتحسين خصائصه البنيوية مثل زيادة القوة أو مقاومة الأشعة فوق البنفسجية، يجب أولاً التخلص من مكون رئيسي يسمى اللجنين .

ويتم تحقيق ذلك عادة من خلال المعالجات الكيميائية التي لا تنتج النفايات فحسب، بل تعتمد أيضًا على استخدام كميات كبيرة من الطاقة.

وشهدت الدراسة قيام فريق البحث بتعطيل جين رئيسي يسمى 4CL1 باستخدام “تحرير القاعدة”، مما أدى إلى إنتاج أشجار حور تحتوي على نسبة أقل من الليجنين بنسبة 12.8% من أشجار الحور البرية.

يتوافق هذا المحتوى المنخفض بشكل كبير من اللجنين مع المعالجات الكيميائية القياسية لمنتجات الأخشاب الهندسية .

استدامة الخشب المعدل وراثيا

قام فريق البحث بزراعة أشجار الحور المعدلة وراثيا بجوار أشجار غير معدلة وراثيا في دفيئة لمدة تقرب من ستة أشهر.

ومن المثير للاهتمام أنهم لم يجدوا فرقًا كبيرًا في معدلات النمو أو البنية بين الأشجار المعدلة وغير المعدلة.

وباستخدام أشجار الحور المعدلة وراثيا، أنتج الفريق عينات صغيرة من الخشب المضغوط عالي القوة – وهي مادة تشبه الألواح الخشبية التي تستخدم عادة في صناعة الأثاث .

يتم إنشاء هذه المادة عن طريق نقع الخشب في الماء تحت الفراغ ثم الضغط عليه ساخنًا حتى يصل إلى ما يقرب من 1/5 من سمكه الأصلي، مما يزيد من كثافة الألياف.

ما تعلمه فريق البحث

ولتقييم نجاحهم، قارن الباحثون بين شجر الحور المعدل وراثيا وشجر الحور الطبيعي، والعينات غير المعالجة، وتلك المعالجة بعمليات كيميائية تقليدية لتقليل محتوى اللجنين.

وكانت النتائج واعدة. فقد كان أداء المادة المعدلة على قدم المساواة مع الخشب الطبيعي المعالج كيميائيًا، حيث أثبت كلا الإصدارين كثافة أكبر وقوة أكبر من الخشب الطبيعي غير المعالج بمقدار 1.5 مرة.

أظهرت المادة المعدلة وراثيا قوة شد مماثلة لسبائك الألومنيوم 6061 والخشب المعالج كيميائيا.

يقدم هذا البحث المبتكر مسارًا واعدًا لإنتاج مجموعة من منتجات البناء بطريقة فعالة من حيث التكلفة ومستدامة بيئيًا .

بفضل إمكانية خفض انبعاثات الكربون بشكل كبير وتقليل الاعتماد على طرق المعالجة كثيفة الاستهلاك للطاقة، قد يكون الخشب المعدل وراثيًا هو اللاعب الرئيسي التالي في معركتنا ضد تغير المناخ.

مستقبل الخشب المعدل وراثيا

مع تحركنا نحو مستقبل أكثر استدامة، فإن استخدام الأخشاب المعدلة وراثيًا قد يؤدي إلى إحداث ثورة في صناعة البناء.

وإلى جانب التطبيقات البنيوية، قد تمهد هذه التكنولوجيا الطريق أمام تطورات جديدة في تصميم الأثاث ومواد التعبئة والتغليف، وحتى المنتجات المركبة.

وسوف تركز الأبحاث الجارية على تحسين خصائص هذا الخشب الهندسي، بما في ذلك متانته ومقاومته للآفات والعوامل البيئية.

ومع تزايد الوعي بقضايا المناخ، فإن تبني ابتكارات مثل هذا الابتكار قد يؤدي إلى نهج أكثر استدامة في البناء، مما يساعدنا في نهاية المطاف على تقليل بصمتنا البيئية مع تلبية الطلب المتزايد على المواد عالية الجودة .

ربما يكمن مستقبل البناء في التوفيق بين الطبيعة والتكنولوجيا، حيث يتولى الخشب المعدل وراثيا قيادة هذا التوجه.